Piezoelectricity, Piezoelectric Effect, Piezoelectric Crystal   압전 효과, 압전 현상, 압전 결정

(2021-11-16)

피에조 효과, 압전 재료, 압전 소자, 압전


1. 압전 효과 (Piezoelectricity)

  ※ `piezein(압력)` + `electricity(전기)` 합성어

  ㅇ 전기 - 기계 가역적 현상 (reciprocal)
     - 전기 - 기계적 성질선형적으로 연결시켜줌
        . 탄성 저항(Electro Resistivity) 효과라고도 불리움

  ㅇ 압력을 받으면, `표면전하` 발생하고, `내부에 전기장` 발생

  ※ 1880년 리 형제(Pierre Curie, Paul-Jacques Curie)에 의해 발견


2. 압전효과의 구분

  ㅇ 정 압전효과 : 물질응력을 가하면 전기분극이 발생
     - 기계에너지 → 전기적 에너지
        . 물질에 가한 변형이 저항률을 변화시킴

  ㅇ 역 압전효과 : 양단 간에 전기장을 가하면 물질에 변형이 일어남
     - 전기적 에너지기계에너지
        . 내부 모멘트 방향과 같은 방향으로 외부 전기장을 걸어주면, 결정 축소
        . 내부 모멘트 방향과 다른 방향으로 외부 전기장을 걸어주면, 결정 팽창


3. 압전 결정(물질)

  ㅇ 압전 현상을 나타내는 물질
     - 기계에너지와 전기적 에너지를 상호 변환시킬 수 있는 특성을 갖는 물질
        . 상 유전체 : 수정(석영,Quartz) 등
        . 강 유전체 : 대부분이 양호한 압전체
           .. LiNbO3, PbTiO3, PZT, BaTiO3 등

  ㅇ 주로, 대칭의 중심점을 갖지 않는, 비 대칭적인 결정들에 국한되어 발생
     - 외부력이 없을 때, 음 전하,양 전하 분포의 대칭 중심점 있으나,
     - 외부력이 가해지면, 전하 분포 상의 대칭 중심점이 없어지고, 전하 중심이 약간 틀어지면서,
     - 이로인해, 전기 분극이 발생되는 등

  ㅇ 한편, 압전현상은 결정(結晶) 만이 갖는 특성은 아님


4. 압전현상의 응용트랜스듀서
     - 축음기 카트리지, 마이크로폰 (압력변화를 전기적 신호로 변환), 스피커 등
     - 충격 점화 장치 : 강유전성 세라믹스에 충격을 주면 압전현상에 의해 불꽃 발생 
     - 음파 탐지 장치 : 초음파의 발생 및 감지 가능

  ㅇ 센서
     - 힘 센서, 압력 센서, 변형 게이지, 가속도계 등

  ㅇ 수정 발진기, 필터주파수 조절
     - 압전 결정(Piezoelectric Crystal)을 사용하는 동조회로 발진기
        . 얇은 수정 조각의 양단에 도체 전극을 달아 전압을 걸어주면,
        . 전기 일그러짐(압전)에 의한 변형력이 발생되며, 
        . 이로부터, 기계진동을 일으킴
           .. 뛰어난 단기 주파수 안정도를 갖음
           .. 매우 높은 양호도(Q 인수)를 갖음



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